天津市濱海新區(qū)濕地動態(tài)變化監(jiān)測研究

劉子瀟，邵金修，李承鑫，顏悅

(天津市測繪院，天津　300381)

1　引　言

濕地是兼具水域生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的特殊區(qū)域，其具有復雜性、多樣性以及極富活力等顯著特點，能夠起到保護物種基因、穩(wěn)定生態(tài)環(huán)境和提供自然資源等作用，是地球上最重要的生存環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)之一[1]。然而，濕地生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，受自然氣候和人類活動的影響明顯，據(jù)世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)的統(tǒng)計，1900年以來全球已有接近50%的濕地消失[2]。濕地在中國的形勢更加不容樂觀，諸多研究表明，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展、人類活動的日益增強，中國濕地近幾十年出現(xiàn)了不同程度的衰退[3～7]。

天津濱海新區(qū)地處華北平原北部，位于天津中心城區(qū)東側(cè)，瀕臨渤海。濱海新區(qū)數(shù)千年前仍是一片汪洋，伴隨著復雜的海陸變遷以及河流作用，濱海新區(qū)發(fā)育了大量的沼澤、鹽沼和瀉湖濕地，形成典型的濕地生態(tài)系統(tǒng)[8]。進入20世紀中后期，受人類活動加劇與氣候變化的雙重影響，濱海新區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境開始惡化，天然濕地面積大幅下降、環(huán)境污染加劇以及動植物資源減少，特別是在濱海新區(qū)2006年被正式納入國家整體發(fā)展戰(zhàn)略，成為中國繼深圳特區(qū)和上海浦東新區(qū)之后另一個重點開發(fā)開放的區(qū)域之后，人類開發(fā)活動與濕地生態(tài)環(huán)境之間的沖突格外嚴重。因此，實現(xiàn)新區(qū)濕地資源變化過程的準確監(jiān)測，探明新區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境演變規(guī)律及其與自然、人文因素間的相互關(guān)系，對于保護濱海新區(qū)濕地生態(tài)安全、維護區(qū)域生態(tài)平衡具有極其重要的意義。

本文利用遙感影像數(shù)據(jù)及收集到的濱海新區(qū)歷史基礎測繪資料，研究了濱海新區(qū)近30年的濕地變化情況，運用景觀生態(tài)學理論分析了各時期濕地景觀格局情況，并結(jié)合歷史氣象資料以及新區(qū)2012年地理國情普查濱海試點地表覆蓋成果，對濱海新區(qū)濕地變化的驅(qū)動機制進行了初步探索，嘗試為濱海新區(qū)濕地資源的保護提供客觀依據(jù)。

2　研究資料與研究方法

2.1　數(shù)據(jù)源

本研究收集并采用的數(shù)據(jù)包括：覆蓋濱海新區(qū)全境的1985年、1998年、2006年和2012年的Landsat衛(wèi)星影像；上述年份的天津市歷史地形圖資料；2012年天津市航空影像；第一次全國地理國情普查濱海新區(qū)試點地表覆蓋數(shù)據(jù)(2012年)；濱海新區(qū)歷史氣象資料。

2.2　濕地信息提取

以濱海新區(qū)實際情況為基礎，借鑒《濕地公約》中的濕地分類系統(tǒng)，同時結(jié)合Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)等遙感影像對濕地信息的解譯能力以及收集到的歷史地形圖資料情況，將濱海新區(qū)濕地劃分為永久性草本沼澤、永久性河流、水產(chǎn)池塘、水塘、灘涂、蓄水區(qū)、鹽田7個類別。在濕地信息提取過程中，充分利用收集到的歷史地形圖資料，并結(jié)合遙感影像資料，采用目視解譯分類方法，對濱海新區(qū)濕地進行分類提取，以此獲得其1985年、1998年、2006年以及2012年4個年度濕地分布數(shù)據(jù)。

2.3　景觀格局研究方法

目前，開展?jié)竦鼐坝^格局演變研究的主要方法有定性描述法、景觀生態(tài)疊置法和景觀格局數(shù)量分析方法[9]，其中景觀格局數(shù)量分析方法主要利用景觀格局指數(shù)進行分析。景觀格局指數(shù)能夠高度濃縮景觀空間格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面的特征，在國內(nèi)外諸多研究中得到了廣泛應用。本文選取了香農(nóng)多樣性指數(shù)、形狀指數(shù)、破碎度、斑塊平均大小、斑塊個數(shù)等景觀指數(shù)，從類別尺度和整體景觀尺度兩方面，對濱海新區(qū)濕地景觀格局動態(tài)變化進行綜合分析，各項景觀指數(shù)的計算公式及其生態(tài)學意義參見相關(guān)景觀生態(tài)學文獻[10]。

3　結(jié)果與分析

3.1　濱海新區(qū)濕地提取結(jié)果及數(shù)量變化分析

如圖1所示為濱海新區(qū)濕地4個年份的提取結(jié)果，表1為其統(tǒng)計結(jié)果，1985年、1998年、2006年以及2012年濕地的面積分別為 1 011.74 km2、 1 015.03 km2、 1 007.26 km2和 929.80 km2，濕地數(shù)量在前兩個時期變化微乎其微，在2006年～2012年則出現(xiàn)了明顯下降。分別對4個時間點組成濕地的永久性草本沼澤、永久性河流、水產(chǎn)池塘、水塘、灘涂、蓄水區(qū)、鹽田等要素分別進行統(tǒng)計，結(jié)果表明在1985年～1998年期間，雖然濕地總量變化微小，但卻是各類濕地要素變化最為明顯的時期，永久性草本沼澤和水塘面積下降明顯，特別是永久性草本沼澤面積下降近80%，而水產(chǎn)池塘面積大幅增加，蓄水區(qū)和鹽田面積小幅增加。1998年～2006年間，濕地面積略微下降，而各類濕地要素面積變化亦不大。2006年～2012年間，濕地總面積明顯下降，大多數(shù)濕地子類面積同樣出現(xiàn)了下降，值得注意的是在這一時期，濱海新區(qū)灘涂近乎消失。

圖1　濱海新區(qū)濕地分布圖(1985/1998/2006/2012年)　濱海新區(qū)歷年濕地面積統(tǒng)計表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

3.2　濱海新區(qū)濕地景觀格局分析

(1)類型水平上景觀格局變化特征

圖2展示了斑塊個數(shù)、形狀指數(shù)、斑塊平均大小和破碎度在各斑塊類型水平上4個時間點的變化情況。如圖2(a)所示，水產(chǎn)池塘和水塘是濱海新區(qū)斑塊數(shù)量最多的兩類濕地景觀，水產(chǎn)池塘、永久性草本沼澤和灘涂是圖斑個數(shù)變化最為劇烈的三類濕地景觀，其中水產(chǎn)池塘在1985年～1998年期間快速增長；而這一時期永久性草本沼澤斑塊數(shù)量快速跌落至不足10個，變化幅度巨大；灘涂斑塊數(shù)量變化主要發(fā)生在1998年～2006年間，由十余個迅速增長至170個，但其總面積卻有所減小。此外，蓄水區(qū)、永久性河流和鹽田的斑塊個數(shù)變化相對較小，水塘斑塊數(shù)量則呈略微下降趨勢。

圖21985年～2012年各類型濕地景觀指數(shù)變化圖

形狀指數(shù)反映了斑塊形狀的復雜性，其值越大說明該景觀類型的形狀復雜度越高。圖2(b)顯示了濱海新區(qū)各類景觀在1985年～2012年間形狀指數(shù)的變化情況，其中，永久性河流的形狀指數(shù)值始終較高；灘涂是形狀指數(shù)變化最為劇烈的濕地類型，形狀指數(shù)快速增長，斑塊在形狀上明顯趨于復雜；永久性草本沼澤的形狀指數(shù)也有所上升，形狀復雜度明顯升高。其他景觀類型在近30年中變化波動較小。

斑塊平均大小指數(shù)和破碎度指數(shù)反映研究區(qū)景觀被分割的破碎程度，能夠在一定程度上反映人類活動對景觀類型的影響強度，從圖2(c)、圖2(d)中可以看出在近30年中，濱海新區(qū)永久性草本沼澤在此期間出現(xiàn)了劇烈波動，特別是1985年～1998年期間伴隨著面積的急劇下降，其平均斑塊大小快速上升，破碎度指數(shù)快速下降，在此期間可能存在大量小面積永久性草本沼澤消失或轉(zhuǎn)移為其他濕地類型的現(xiàn)象，而剩余的為數(shù)不多的永久性草本沼澤呈現(xiàn)出連片分布的形態(tài)；灘涂景觀自1998年開始，斑塊平均大小快速下降，而破碎度指數(shù)快速上升，在這一時期灘涂景觀出現(xiàn)了明顯的破碎化。此外，水產(chǎn)池塘的破碎化程度也有所上升。

(2)景觀水平上景觀格局變化特征

濱海新區(qū)濕地景觀指數(shù)(景觀水平)　　　　　表2

濱海新區(qū)濕地景觀水平上的景觀指數(shù)在1985年～2012年間的變化情況如表2所示，1985年～2012年間，濕地斑塊個數(shù)由1985年的最小值(10 609個)快速增長至1998年的最大值(15 634個)，隨后有所下降，至2012年濕地斑塊個數(shù)下降到 13 342個，而期間濕地斑塊平均大小的變化趨勢則與斑塊個數(shù)正好相反，1985年～1998年間斑塊平均大小快速下降，破碎化趨勢明顯，隨后雖略有回升，但其破碎化程度仍處于較高水平。濱海新區(qū)濕地形狀指數(shù)在1985年～2012年期間呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢，景觀形狀總體上趨于復雜。濕地香農(nóng)多樣性指數(shù)在1985年～1998年期間略微增加，此后出現(xiàn)了明顯下降，表明各景觀類型所占比例逐漸趨于單一化，景觀異質(zhì)性減弱，優(yōu)勢景觀類型濕地對整個景觀的控制作用增強，灘涂、永久性草本沼澤等弱勢景觀類型濕地控制力進一步減弱。

3.3　濱海新區(qū)濕地變化驅(qū)動因素分析

(1)自然驅(qū)動分析

自然因素是影響濕地資源動態(tài)變化的重要驅(qū)動力之一，其通常情況下在較大的空間尺度上，在較長的時間周期中作用于濕地景觀，潛移默化中控制著濕地的變化。本文收集了塘沽氣象站1985年～2012年間氣象歷史資料，濱海新區(qū)年平均氣溫變化相對平穩(wěn)，整體上呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，2007年略有下降，濱海新區(qū)年降水量在1985年～2002年間波動明顯，呈下降趨勢，2002年之后近10年則呈現(xiàn)出較為明顯的上升趨勢。將其與主要景觀指數(shù)的變化趨勢進行對比，如圖3所示，對比結(jié)果表明濱海新區(qū)各主要景觀指數(shù)與濱海新區(qū)平均溫度變化以及降水變化無明顯對應關(guān)系，特別是濕地面積在2006年之后與降水量、平均溫度呈現(xiàn)出相違背的變化特點，這表明溫度和降水量的變化與本區(qū)域濕地景觀變化無明顯關(guān)系，自然因素不是導致濱海新區(qū)濕地變化的主要因素。

圖31985年～2012年濱海新區(qū)氣溫、降水量與主要景觀指數(shù)變化趨勢圖

(2)人為因素驅(qū)動分析

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人為因素已經(jīng)成為影響濕地資源變化的另一重要驅(qū)動因素，與自然因素相比，人為要素具有短時間快速改變濕地景觀類型的特點。從濱海新區(qū)1985年～2012年期間濕地景觀變化監(jiān)測結(jié)果來看，1985年～1998年，濱海新區(qū)濕地景觀總面積無明顯變化，但這一時期池塘、永久性草本沼澤面積下降明顯，水產(chǎn)池塘面積快速上升，蓄水區(qū)和鹽田面積亦有增加。這應該源于人們對水產(chǎn)品、鹽制品需求快速增長和水利工程建設，而大量消失的水塘、永久性草本沼澤則很有可能是重要的轉(zhuǎn)換來源，其中，永久性草本沼澤平均斑塊面積指標的快速上升，也從側(cè)面印證小規(guī)模的永久性草本沼澤有可能直接轉(zhuǎn)換為水產(chǎn)池塘、鹽田或蓄水區(qū)。此外，灘涂形狀指數(shù)上升明顯，表明人類活動增強，灘涂很有可能被越來越多地用于水產(chǎn)品生產(chǎn)。1998年～2006年期間，濱海新區(qū)濕地景觀格局總體平穩(wěn)，其中，灘涂形狀指數(shù)、破碎度指數(shù)快速增加，說明灘涂的人類活動日益增強，但灘涂面積無明顯變化。2006年～2012年期間，濱海新區(qū)濕地景觀總面積下降明顯，除蓄水區(qū)、永久性河流以及為數(shù)不多的永久性草本沼澤外，其他主要濕地景觀類型均下降明顯，濱海新區(qū)濕地衰退趨勢明顯，其中灘涂景觀衰退殆盡，而這一時期正是濱海新區(qū)被納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，濱海新區(qū)城市建設迅速拓展，大量工程建設及填?；顒哟笠?guī)模開展，可以說這一時期濱海新區(qū)濕地景觀的衰退與人類活動密不可分。

為了進一步探討濱海新區(qū)濕地衰退區(qū)域與人類活動的關(guān)系，本文利用第一次全國地理國情普查濱海新區(qū)試點地表覆蓋成果，對1985年～2012年間濕地衰退區(qū)域的地表覆蓋類型進行了統(tǒng)計分析，如表3所示。

濱海新區(qū)濕地轉(zhuǎn)移矩陣(1985年～2012年)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表3

由表3可知，水塘、永久性草本沼澤、鹽田衰退最為劇烈，衰退面積均超過 1 000公頃，其中水塘和永久性草本沼澤更是高達 7 401.14公頃和 3 264.46公頃。濕地衰退的區(qū)域主要向人工堆掘地、草地、道路、構(gòu)筑物、房屋建筑區(qū)等地表覆蓋類型轉(zhuǎn)移，所占比例分別為34.44%、19.52%、12.13%、11.78%和8.28%。在上述地表覆蓋類型中，房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物的面積與一個區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)，此外對于濱海新區(qū)，人工堆掘地所占區(qū)域絕大多數(shù)均為建筑工地，人工堆掘地與濱海新區(qū)的經(jīng)濟建設同樣密切相關(guān)，最終本文統(tǒng)計了轉(zhuǎn)換為房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地的濕地總面積，其統(tǒng)計結(jié)果高達 9 820.68公頃，占到所有濕地衰退區(qū)域面積的66.63%，可見，以人工堆掘地、房屋建筑群、道路、構(gòu)筑物等人文景觀要素為主的濕地轉(zhuǎn)換結(jié)果說明濱海新區(qū)的濕地衰退與濱海新區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展密不可分，人為因素是導致濱海新區(qū)濕地退化的主要因素，并且隨著濱海新區(qū)的高速發(fā)展，該區(qū)域的濕地很可能會進一步退化。

4　結(jié)　論

本文利用1985年～2012年間遙感影像及歷史地形圖資料，獲取了濱海新區(qū)1985年、1998年、2006年和2012年4期濕地空間分布信息，在此基礎上計算景觀指數(shù)，進而分析濱海新區(qū)濕地近30年來的景觀格局演變特征及其驅(qū)動力機制。研究結(jié)果表明：

濱海新區(qū)1985年～1998年期間，濕地總量變化不大，但各子類濕地面積變化明顯，永久性草本沼澤和水塘面積下降明顯，而水產(chǎn)池塘面積大幅增加，蓄水區(qū)和鹽田面積小幅增加；1998年～2006年間，濱海新區(qū)濕地面積略微下降，而各類濕地要素面積無明顯波動。在2006年～2012年間，濱海新區(qū)濕地總面積與各子類濕地面積均呈明顯下降趨勢，其中灘涂濕地近乎消失。

從濱海新區(qū)濕地景觀指數(shù)類型水平計算結(jié)果來看，永久性草本沼澤和灘涂是近30年間景觀指數(shù)變化最為明顯的類別。永久性草本沼澤景觀指數(shù)的波動表明大量小面積永久性草本沼澤消失，而剩余的為數(shù)不多的永久性草本沼澤呈現(xiàn)出連片分布的形態(tài)；灘涂在逐漸消失過程中，斑塊形狀復雜程度、破碎程度均大幅上升。從濱海新區(qū)濕地景觀指數(shù)景觀水平計算結(jié)果來看，濱海新區(qū)濕地景觀整體上呈現(xiàn)總量萎縮、斑塊形狀復雜度上升以及斑塊破碎化的變化趨勢，伴隨灘涂、永久性草本沼澤等濕地類型的衰退，其香農(nóng)多樣性指數(shù)下降明顯，景觀類型漸趨于單一化，優(yōu)勢景觀類型濕地對整個景觀的控制作用增強。

人為因素是濱海新區(qū)濕地景觀格局變化的主導因素，1985年～1998年濱海新區(qū)濕地構(gòu)成變化明顯，這一時期水產(chǎn)品、鹽制品生產(chǎn)以及水利工程建設應該是濕地結(jié)構(gòu)變化的主導因素。1998年～2006年間濕地的數(shù)量和結(jié)構(gòu)都相對穩(wěn)定，而2006年～2012年濕地總量下降明顯，各類型濕地景觀都出現(xiàn)了不同程度的下降。這一階段濕地的衰退應該與2006年濱海新區(qū)被納入國家戰(zhàn)略，濱海新區(qū)經(jīng)濟社會的高速發(fā)展密不可分，通過分析濱海新區(qū)濕地衰退區(qū)域的最新地表覆蓋現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，接近70%的衰退區(qū)域已變成人類直接活動區(qū)域，這進一步表明濱海新區(qū)濕地近年來呈現(xiàn)出的衰退趨勢主要受人類活動的影響。